Wissenschaftler entdecken „erstaunliche“ verborgene Eigenschaft des Lichts

Dieses Ergebnis stellt langjährige Annahmen in Frage und zeigt, dass Licht eine chirale Verhaltensweise entwickeln kann – was bedeutet, dass es wie eine linke oder rechte Hand agieren kann – während es frei durch den Raum bewegt wird.

Dem Team zufolge könnte dies letztendlich ermöglichen, dass Licht Informationen trägt, biologische Systeme untersucht, Materie manipuliert und Quantensignale schützt. Warum Chiralität wichtig ist Chiralität oder „Händigkeit“ spielt eine Schlüsselrolle in der Wissenschaft.

Viele Moleküle, einschließlich solcher, die in Medikamenten verwendet werden, existieren in link- und rechtshändigen Formen, die nahezu identisch erscheinen, sich aber im Körper sehr unterschiedlich verhalten können.

Um zwischen ihnen zu unterscheiden, verlassen

Um zwischen ihnen zu unterscheiden, verlassen sich Wissenschaftler typischerweise auf spezielles Licht, das entweder im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn rotiert.

Bisher erforderte die Erzeugung und Steuerung dieser Art ältig gestaltete Oberflächen, fortschrittliche Materialien oder eine intensive Fokussierung mit leistungsstarken Linsen. Die neue Forschung zeigt jedoch, dass diese Schritte möglicherweise nicht notwendig sind.

„Unsere Arbeit zeigt, dass Licht dieses handliche Verhalten “, sagte Dr. Kayn Forbes , Pharmacy and Pharmacology der UEA.

Man muss es nur auf die

„Man muss es nur auf die richtige Weise vorbereiten. Die meisten Leute denken an Licht, das in geraden Linien reist.“ Aber Wissenschaftler können auch strukturiertes Licht erzeugen – Licht, dessen Helligkeit, Form und Richtung sorgfältig angeordnet sind.

Verdrehung, Rotation und aufkommende Effekte Er fährt fort: „Ein extremes Beispiel ist Licht, das beim Reisen verdreht wird und eine Korkenzieherform annimmt, die als optischer Wirbel bekannt ist.

Jede Verdrehung kann Informationen übertragen, was diese Art für schnelles Internet, sichere Kommunikation und fortschrittliche Sensoren wertvoll macht.“ „Licht kann auch rotieren, je nachdem, wie es polarisiert ist.

Dieser Spin kann links- oder rechtsgehändig

Dieser Spin kann links- oder rechtsgehändig sein – eine weitere Form der Chiralität.“ Zuvor wurde angenommen, dass die Wechselwirkung zwischen dem Spin des Lichts und seiner Verdrehungsbewegung extrem schwach sei und nur unter sorgfältig kontrollierten Bedingungen beobachtbar sei.

Das UEA-Team fand heraus, dass der Spin des Lichts natürlich entstehen kann, wenn es in einem präzise ausbalancierten Zustand vorbereitet wird und durch den leeren Raum reist. „Es beginnt überhaupt ohne Spin“, erklärte der Masterstudent Light Mkhumbuza, der die Schlüsselexperimente durchführte.

„Aber während der Strahl vorwärts wandert, erscheinen und trennen sich rotierende Regionen – fast so, als ob die Drehung verborgen war und sich dann offenbarte.“ Keine Spiegel. Keine Spezialmaterialien.

Nur frei bewegtes Licht.

Nur frei bewegtes Licht. Die Rolle der Topologie Laut Dr.

Isaac Nape in Johannesburg, Südafrika, liegt die Erklärung in der Topologie – einem Zweig der Mathematik, der Eigenschaften untersucht, die unverändert bleiben, selbst wenn Objekte gedehnt oder umgeformt werden. „Um es zu erklären, stellen Sie sich eine Tasse und ein Doughnut vor“, sagte er.

„Sie können das eine in das andere verwandeln, ohne es zu reißen, weil beide ein Loch haben. Dieses Loch ist ein topologisches Merkmal.“ Licht scheint seine eigene Version dieser „Lochzählung“ zu besitzen – eine verborgene topologische Signatur, die in der Anordnung seiner Polarisation eingebettet ist.

Dieses Merkmal bleibt erhalten, während das

Dieses Merkmal bleibt erhalten, während das Licht reist, und lenkt subtil die Entwicklung des Strahls. Wenn der Strahl voranschreitet, verursacht diese innere Struktur ein Wirbungsverhalten, was Forschern eine neue Möglichkeit gibt, Licht allein mithilfe.

„Das gibt uns einen völlig neuen Einstellknopf für Licht. Durch die Anpassung seiner Topologie können wir entscheiden, wie und wo Chiralität auftritt“, sagte Dr.

Nape. Zukünftige Technologien und Auswirkungen „Die Auswirkungen sind weitreichend“, sagte Dr.

Moegliche Anwendungen

Forbes. „Diese Arbeit könnte zu einfacheren und empfindlicheren medizinischen Tests führen, insbesondere in der Arzneimittelentwicklung.“ Er fährt fort: „Es könnte auch verwendet werden, um mehr Informationen in Laserstrahlen zu packen – und damit die Datenkapazität für die Kommunikation, einschließlich zukünftiger Quantennetzwerke, zu steigern.

Und weil der Effekt sich nicht auf zerbrechliche Materialien oder präzisionsgefertigte Oberflächen verlässt, könnte er in realen Technologien einfacher und billiger zu nutzen sein.“ „Diese Forschung könnte die Grundlagen für eine neue Generation lichtbasierter Technologien legen, indem sie zeigt, dass das Verhalten des Lichts mithilfe seiner eigenen inneren Geometrie gesteuert werden kann“, fügte er hinzu.

Zukünftige Schlüsselanwendungen: Einfachere medizinische und pharmazeutische Tests, die speziell strukturierte Licht nutzen, um links- und rechtshändige Moleküle zu unterscheiden, was für die Arzneimittelsicherheit und die Krankheitserkennung entscheidend ist.

Leistung und Energieausbeute

Kompakte optische Sensoren, die in der Lage sind, biologische und chemische Substanzen schnell, kostengünstig und ohne laborgrade Ausrüstung zu identifizieren. Leistungsstärkere Kommunikationstechnologien, bei denen Informationen in mehrere Verdreh- und Drehzustände des Lichts gepackt werden, um die Datenkapazität und -sicherheit zu erhöhen.

Fortschrittliche Werkzeuge für Biologie und Nanotechnologie, die es ermöglichen, winzige Partikel, Zellen oder Moleküle allein mithilfe drehen. Robustere Quantentechnologien, bei denen die Topologie hilft, empfindliche Quanteninformation vor Rauschen und Störungen zu schützen.

Die Forscher sagen, dass ihre Ergebnisse langjährige Vorstellungen darüber in Frage stellen, was Licht . „Für etwas so Vertrautes erweist sich Licht als weitaus reicher, seltsamer und leistungsfähiger, als jeder angenommen hat“, sagte Dr.

Forbes. Und erstaunlicherweise war dieses neue Verhalten schon immer vorhanden – es wartete nur darauf, entdeckt zu werden.